高等学校电子与通信类专业“十二五”规划教材：LTE基础原理与关键技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

3GPP标准组织在2004年底启动了其长期演进（LTE）技术的标准化工作，于2008年12月正式发布了LTER8版本，定义了LTE的基本功能；于2009年底完成R9版本；预计在2011年左右完成Rl0版本。基于上述背景，《高等学校电子与通信类专业“十二五”规划教材：LTE基础原理与关键技术》系统介绍了LTE系统设计、物理层关键技术、组网技术以及R9/Rl0中的最新协议进展。《高等学校电子与通信类专业“十二五”规划教材：LTE基础原理与关键技术》内容包括：LTE发展历史、系统基本参数、空中接口OFDM/MIMO多天线关键技术、LTE组网策略、R9双流BF技术、R10中上下行MIMO技术发展等。
《高等学校电子与通信类专业“十二五”规划教材：LTE基础原理与关键技术》内容新颖，可供广大从事移动通信工作的工程技术人员参考，并可作为从事相关课题研究的师生的参考书。

内页插图

目录

第1章 LTE概述
1.1 LTE简介
1.1.1 LTE启动背景
1.1.2 LTE技术特点
1.1.3 LTE标准进展
1.1.4 LTE产业进展
1.1.5 LTE频谱划分
1.1.6 LTE系统架构
1.2 LTE基本需求
1.3 LTETDD/FDD协议综述
1.3.1 下行传输方案
1.3.2 上行传输方案
1.3.3 层2技术
1.3.4 FDD和TDD的差异
1.4 LTE与HSPA、WiMAX对比
1.4.1 调制技术
1.4.2 ARQ机制
1.4.3 资源调度机制
1.4.4 网络结构
1.5 小结
参考文献

第2章 LTE物理层协议
2.1 物理层概述
2.1.1 物理信道和物理信号
2.1.2 时隙结构与物理RE
2.2 上行物理信道与调制
2.2.1 上行物理共享信道
2.2.2 上行物理控制信道
2.2.3 上行参考信号的产生
2.3 下行物理信道与调制
2.3.1 下行物理信道的通用结构
2.3.2 物理下行共享信道
2.3.3 物理多播信道
2.3.4 物理广播信道
2.3.5 物理控制格式指示信道
2.3.6 物理HARQ指示信道
2.3.7 物理下行控制信道
2.3.8 参考信号的生成
2.3.9 同步信号
2.4 复用与信道编码
2.4.1 通用过程
2.4.2 上行传输信道与控制信道
2.4.3 下行传输信道与控制信道
2.5 物理层过程
2.5.1 上行功率控制
2.5.2 下行功率分配
2.5.3 物理上行共享信道相关过程
2.5.4 物理下行共享信道相关过程
2.6 物理层测量
2.6.1 UE或E-UTRAN测量的控制
2.6.2 E-UTRA的测量能力
参考文献

第3章 LTE中OFDM技术
3.1 0FDM基础
3.2 LTE中的0FDM
3.3 LTE下行性能分析
3.3.1 下行抗多径分析
3.3.2 下行抗高速移动分析
3.3.3 下行固定频偏估计与补偿技术分析
3.4 LTE上行性能分析
3.4.1 上行发射方式分析
3.4.2 上行抗多径干扰分析
3.4.3 上行抗高速移动分析
3.4.4 上行固定频偏估计与补偿技术分析
3.5 LTE中上、下行OFDM技术对比
3.6 LTE中OFDM参数选取
参考文献

第4章 OFDM信道估计
4.1 导频图案的选择
4.1.1 LTE下行导频图案的选择
4.1.2 LTE上行导频图案的选择
4.2 导频位置信道估计方法
4.2.1 LS算法
4.2.2 MMSE算法
4.2.3 SVD-MMSE算法
4.2.4 基于降噪处理LS信道估计
4.3 数据位置信道估计
4.3.1 线性插值算法
4.3.2 二次多项式插值算法
……
第5章 OFDM同步
第6章 LTE系统小区搜索
第7章 无线信道模型
第8章 LTE多天线技术
第9章 LTE主要物理信道性能
第10章 LTE随机接入技术
第11章 LTE校正技术
第12章 OFDM峰均比
第13章 LTE组网技术
第14章 LTE-A技术进展

前言/序言

LTE基础原理与关键技术 本书聚焦于4G移动通信的核心技术，深入浅出地剖析了LTE（Long Term Evolution）系统的关键原理和技术实现。 引言 随着移动互联网的飞速发展，用户对移动通信速率、容量和业务体验的要求不断提高。3G时代虽然满足了基础的数据通信需求，但其速率和时延已无法跟上激烈的市场竞争和日益增长的业务需求。在此背景下，国际电信联盟（ITU）提出了IMT-Advanced（即4G）的愿景，旨在提供比3G高出数倍的峰值速率和更低的业务时延，以支持高清视频、云服务、实时游戏等下一代移动应用。LTE作为当前全球应用最广泛、技术最成熟的4G标准，已经构建起强大的移动通信网络，支撑了数以亿计用户的日常通信和海量数据传输。 理解LTE系统的核心技术，不仅对于从事移动通信领域的研究、设计、开发和运维的工程师至关重要，对于通信工程、电子信息工程等相关专业的学生而言，更是掌握现代移动通信技术基础的必修课。本书正是基于这一需求，系统地梳理和阐释了LTE系统的关键技术，力求为读者提供一个全面、深入、易于理解的学习平台。 第一部分：LTE系统架构与关键技术概述 在深入探讨具体技术细节之前，首先需要对LTE系统的整体架构有一个清晰的认识。 1.1 LTE系统架构 LTE系统采用了扁平化的网络架构，显著简化了传统的移动通信网络结构，降低了网络时延。其核心网络（Evolved Packet Core, EPC）与接入网（Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network, E-UTRAN）紧密结合，实现了高效的数据传输和灵活的网络管理。 E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)： 这是LTE系统的无线接入网，主要由基站eNodeB（evolved NodeB）组成。eNodeB集成了原3G网络中NodeB和RNC（Radio Network Controller）的功能，负责用户终端（UE, User Equipment）的无线接入、资源调度、测量报告等。eNodeB之间通过X2接口互连，用于快速切换和数据转发。 EPC (Evolved Packet Core)： 这是LTE系统的核心网，是一个纯IP的包交换网络，主要由以下几个关键网元组成： MME (Mobility Management Entity)： 负责移动性管理，如用户注册、鉴权、跟踪区更新、切换控制等。 S-GW (Serving Gateway)： 负责用户面数据的路由和转发，并作为终端在切换过程中连接到其他网络（如WLAN）的锚点。 P-GW (Packet Data Network Gateway)： 负责IP地址分配、QoS（Quality of Service）策略执行、与外部分组数据网络（如互联网、企业内网）的互连。 HSS (Home Subscriber Server)： 是用户数据库，存储用户的签约信息、鉴权信息、位置信息等。 PCRF (Policy and Charging Rules Function)： 负责策略和计费规则的控制，根据网络策略和用户签约信息，为数据流提供QoS和计费控制。 1.2 LTE关键技术概述 LTE的出现标志着移动通信技术的一次飞跃，其高性能的实现离不开一系列创新性的关键技术。本书将重点介绍以下几个方面： OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 与 SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access)： 作为LTE的物理层核心技术，OFDMA和SC-FDMA实现了对频谱资源的高效利用和对高速数据传输的支持。 MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)： 利用多天线技术，显著提升无线传输的容量和频谱效率。 自组织网络 (Self-Organizing Network, SON)： 简化网络部署、优化和故障排除，降低运营维护成本。 载波聚合 (Carrier Aggregation, CA)： 将多个相邻或不相邻的载波聚合起来，以提供更高的用户速率。 高级调度技术： 针对不同业务的QoS需求，实现灵活高效的资源调度。 网络切片 (Network Slicing)： （在LTE的演进版本，特别是LTE-Advanced Pro以及5G中更为突出，但在LTE的设计理念中已有所体现）为不同应用场景提供定制化的网络服务。 第二部分：LTE物理层关键技术详解 物理层是无线通信的基石，LTE在物理层的设计上进行了革命性的创新，以满足高速率、低时延的需求。 2.1 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) OFDMA是一种多址接入技术，将整个通信信道划分为大量的正交子载波，每个用户可以占用一部分子载波进行数据传输。其主要优势在于： 抗多径干扰能力强： 通过将高速数据流分割成多个低速数据流，并在子载波上传输，大大缩短了符号的传输时间，从而减小了符号间干扰（ISI）和符号间 जेव्हा（ICI）。 频谱效率高： 子载波之间的正交性避免了保护间隔，提高了频谱利用率。 灵活的资源分配： 可以根据用户的信道条件和业务需求，灵活地为用户分配不同数量的子载波。 2.1.1 OFDMA的实现 子载波间隔与符号长度： LTE采用了多种子载波间隔（15kHz、7.5kHz等），对应不同的符号长度。更小的子载波间隔意味着更长的符号长度，从而增强了对多普勒效应的抵抗能力，有利于移动性。 子载波调制： LTE支持多种调制方式，包括QPSK、16QAM和64QAM，甚至更高阶的调制方式（如256QAM在LTE-Advanced中引入），以适应不同的信道条件，最大化数据吞吐量。 循环前缀 (Cyclic Prefix, CP)： 为了进一步克服多径效应，OFDMA符号会添加一个循环前缀，它复制了符号的最后一部分并加在符号的前面。这使得符号在接收端可以看作是一个周期信号，通过FFT（Fast Fourier Transform）的性质，可以消除符号间干扰。LTE定义了标准CP和扩展CP，以适应不同的网络部署和场景。 OFDM调制与解调： 在发送端，数据经过信道编码、速率匹配后，被映射到QAM星座点，然后将数据符号通过IFFT（Inverse Fast Fourier Transform）转换到时域，并添加循环前缀后发送。在接收端，则进行相反的操作：去除循环前缀，通过FFT转换到频域，进行信道估计和均衡，然后进行解调和信道译码。 2.2 SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) SC-FDMA是LTE下行链路中OFDMA的补充，主要用于LTE上行链路。它在OFDMA的基础上引入了DFT（Discrete Fourier Transform）预编码，使得每个用户的频谱占用形式更接近单载波信号，从而降低了用户终端的峰均功率比（PAPR）。 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)： 高PAPR意味着信号在传输过程中峰值功率很高，这会给终端的功放带来更高的要求，增加功耗，并可能引起非线性失真。 SC-FDMA的优势： 较低的PAPR可以降低功放的要求，从而节省终端的能耗，延长电池续航时间，并允许使用更高效的功率放大器。 SC-FDMA的实现： SC-FDMA的基本思想是在OFDMA的IFFT之前，先对调制后的数据进行DFT变换。这样，每个用户的信号在频域上看起来是连续的，而不是OFDMA那样分散的子载波。 2.3 MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) MIMO技术通过在发送端和接收端采用多个天线，利用空间维度来提升数据传输的容量和可靠性。 多天线配置： LTE支持多种MIMO配置，包括2x2、4x4等，即发送端和接收端的天线数量。 MIMO的工作原理： 空间复用 (Spatial Multiplexing)： 在同一时间、同一频率资源上，通过多条空间信道独立传输不同的数据流，从而成倍地提升了数据速率。 分集增益 (Diversity Gain)： 通过在多个天线上发送相同的数据，即使某个天线的信号质量不佳，也可以通过其他天线接收到的信号恢复数据，提高了传输的可靠性。 波束成形 (Beamforming)： 通过调整不同天线的发射功率和相位，将信号能量集中到特定方向，从而提高了信号的信噪比，并能减少对其他用户的干扰。 2.3.1 MIMO在LTE中的应用 下行链路： LTE下行链路广泛采用MIMO技术，特别是空间复用（如2x2 MIMO、4x4 MIMO）和发射分集。 上行链路： LTE上行链路也支持MIMO，但由于终端天线数量和功耗的限制，通常以发射分集为主，如单层MIMO（Single Layer MIMO）。 MIMO与OFDMA/SC-FDMA的结合： MIMO技术与OFDMA/SC-FDMA的结合，使得LTE能够实现极高的频谱效率和数据速率。 第三部分：LTE上行链路关键技术 LTE上行链路的设计也同样精巧，以满足用户上传数据、语音等需求。 3.1 SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 如前所述，SC-FDMA是LTE上行链路的核心技术，其低PAPR特性对于终端设备至关重要。 3.2 上行链路资源调度 LTE上行链路的调度比下行链路更为复杂，因为它需要处理来自多个用户的、瞬时产生的、且可能具有不同业务需求的请求。 PDCCH (Physical Downlink Control Channel)： 下行链路的控制信道，承载着调度信息，告知用户在何时、何地可以使用上行链路资源。 SRS (Sounding Reference Signal)： 用户终端定期发送的声音参考信号，用于基站估计上行链路信道状态，从而进行更精确的调度和信道均衡。 上行链路HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest)： 在上行链路中也实现了HARQ机制，用于错误检测和纠错，提高数据传输的可靠性。 3.3 干扰管理 上行链路由于是多个用户同时发送信号，因此干扰是主要问题。 上行链路功率控制： 基站会根据用户的信道质量、距离等因素，动态调整用户的上行链路发射功率，以保证信号能够被正确接收，同时避免对其他用户造成过大干扰。 上行链路干扰协调 (Uplink Interference Coordination, UL-IC)： 采用策略来减少基站之间的上行链路干扰。 第四部分：LTE核心网（EPC）与数据传输 EPC是LTE数据传输的“大脑”，负责用户数据的路由、切换以及与外部网络的连接。 4.1 EPC网元功能详解 MME (Mobility Management Entity)： 用户注册与附着： 用户设备接入网络时，MME负责处理注册和附着流程。 移动性管理： MME跟踪用户的位置，处理用户在不同小区间的切换。 寻呼 (Paging)： 当有来电或数据需要发送给空闲状态的用户时，MME会发起寻呼。 鉴权与授权： MME与HSS协同完成用户身份鉴权和授权。 S-GW (Serving Gateway)： 用户面数据转发： S-GW是用户面数据的汇聚点，负责将来自eNodeB的数据包转发到P-GW，或将来自P-GW的数据包转发到eNodeB。 移动性锚点： 在用户切换过程中，S-GW充当移动性锚点，确保数据流的连续性。 P-GW (Packet Data Network Gateway)： IP地址分配： P-GW为用户分配IP地址，使其能够接入外部IP网络。 QoS策略执行： P-GW根据PCRF的策略，对数据流进行QoS的控制和管理。 与外部网络的互连： P-GW连接互联网、IMS（IP Multimedia Subsystem）等外部网络。 HSS (Home Subscriber Server)： 用户数据库： HSS是LTE网络的中央用户数据库，存储用户的所有信息。 鉴权与授权： HSS为MME提供用户鉴权信息。 PCRF (Policy and Charging Rules Function)： 策略控制： PCRF根据网络策略和用户签约信息，动态生成QoS和计费规则。 与P-GW协同： PCRF将生成的规则传递给P-GW，由P-GW执行。 4.2 LTE数据传输流程 数据传输流程（下行）： 用户数据从P-GW经过S-GW，再到eNodeB，最后通过无线接口传输到用户终端。 数据传输流程（上行）： 用户数据从用户终端出发，通过无线接口传输到eNodeB，再经过S-GW，最终到达P-GW。 移动性管理中的数据流： 在用户切换过程中，S-GW会根据MME的指示，将数据流导向新的eNodeB，保证服务的连续性。 第五部分：LTE的关键技术扩展与演进 LTE系统在不断演进，以适应日益增长的网络需求和新兴业务。 5.1 载波聚合 (Carrier Aggregation, CA) 载波聚合是LTE-Advanced的核心技术之一，它允许用户设备同时聚合两个或多个载波（component carriers）进行数据传输，从而显著提升用户峰值速率。 聚合方式： CA可以聚合连续的载波（contiguous CA）或不连续的载波（non-contiguous CA）。 聚合带来的效益： 提高用户下载和上传速率，改善用户体验。 CA的挑战： 需要终端设备支持多载波接收，并对射频和基带处理能力提出更高要求。 5.2 更高阶的调制与编码方案 随着信道条件的改善和技术的进步，LTE不断引入更高阶的调制和编码方案，如256QAM（在LTE-Advanced Pro中）等，以在良好的信道条件下获得更高的频谱效率。 5.3 Massive MIMO 和 Beamforming 的初步应用 在LTE-Advanced Pro阶段，也开始探索Massive MIMO（大规模多输入多输出）和更先进的波束成形技术，为未来的5G奠定基础。 5.4 自组织网络 (Self-Organizing Network, SON) SON技术旨在自动化网络配置、优化和故障排除，以降低网络运营商的运营维护成本，并提高网络性能。 SON的功能： 包括自动配置（AC）、自动优化（AO）和自动修复（AR）。 SON的意义： 应对日益复杂的网络环境和海量的设备接入。 结语 本书系统地梳理了LTE系统的核心原理和关键技术，从物理层到核心网，从基本原理到技术演进，力求为读者构建一个全面而深入的LTE技术知识体系。掌握LTE技术，不仅是理解当前移动通信现状的基石，更是展望未来通信技术发展的有力支撑。本书旨在帮助读者扎实掌握LTE的基础知识，为进一步深入研究移动通信领域或从事相关技术工作打下坚实的基础。